MOSFET ऑडियो एम्पलीफायर (कम शोर और उच्च लाभ): 6 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

हैलो दोस्तों!

यह परियोजना MOSFET's का उपयोग करते हुए एक लो पावर ऑडियो एम्पलीफायर का डिज़ाइन और कार्यान्वयन है। डिजाइन जितना सरल हो सकता है और घटक आसानी से उपलब्ध हैं। मैं इस निर्देश को लिख रहा हूं क्योंकि मैंने खुद परियोजना के बारे में कुछ उपयोगी सामग्री और कार्यान्वयन के लिए एक आसान तरीका खोजने में बहुत कठिनाई का अनुभव किया है।

आशा है कि आपको शिक्षाप्रद पढ़ने में मज़ा आया होगा और मैं सकारात्मक हूँ यह आपकी मदद करेगा।

चरण 1: परिचय

"एक ऑडियो पावर एम्पलीफायर (या पावर amp) एक इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायर है जो कम-शक्ति, अश्रव्य इलेक्ट्रॉनिक ऑडियो सिग्नल जैसे रेडियो रिसीवर या इलेक्ट्रिक गिटार पिकअप से सिग्नल को उस स्तर तक मजबूत करता है जो लाउडस्पीकर या हेडफ़ोन चलाने के लिए पर्याप्त मजबूत है।"

इसमें होम ऑडियो सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले एम्पलीफायर और गिटार एम्पलीफायर जैसे संगीत वाद्ययंत्र एम्पलीफायर दोनों शामिल हैं।

ऑडियो एम्पलीफायर का आविष्कार 1909 में ली डी फॉरेस्ट द्वारा किया गया था जब उन्होंने ट्रायोड वैक्यूम ट्यूब (या ब्रिटिश अंग्रेजी में "वाल्व") का आविष्कार किया था। ट्रायोड एक कंट्रोल ग्रिड वाला तीन टर्मिनल डिवाइस था जो फिलामेंट से प्लेट तक इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित कर सकता है। पहला AM रेडियो बनाने के लिए ट्रायोड वैक्यूम एम्पलीफायर का इस्तेमाल किया गया था। प्रारंभिक ऑडियो पावर एम्पलीफायर वैक्यूम ट्यूब पर आधारित थे। जबकि, आजकल ट्रांजिस्टर-आधारित एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता है जो वजन में हल्के होते हैं, अधिक विश्वसनीय होते हैं और ट्यूब एम्पलीफायरों की तुलना में कम रखरखाव की आवश्यकता होती है। ऑडियो एम्पलीफायरों के लिए अनुप्रयोगों में होम ऑडियो सिस्टम, कॉन्सर्ट और थियेट्रिकल साउंड रीइन्फोर्समेंट और पब्लिक एड्रेस सिस्टम शामिल हैं। पर्सनल कंप्यूटर में साउंड कार्ड, हर स्टीरियो सिस्टम और हर होम थिएटर सिस्टम में एक या कई ऑडियो एम्पलीफायर होते हैं। अन्य अनुप्रयोगों में गिटार एम्पलीफायर, पेशेवर और शौकिया मोबाइल रेडियो और पोर्टेबल उपभोक्ता उत्पाद जैसे गेम और बच्चों के खिलौने जैसे उपकरण एम्पलीफायर शामिल हैं। यहां प्रस्तुत एम्पलीफायर ऑडियो एम्पलीफायर के वांछित विनिर्देशों को प्राप्त करने के लिए मस्जिद का उपयोग करता है। आवश्यक लाभ और बैंडविड्थ प्राप्त करने के लिए डिजाइन में लाभ और शक्ति चरण का उपयोग किया जाता है।

चरण 2: डिजाइन और कुछ महत्वपूर्ण प्रवर्धक चरण

एम्पलीफायर के विनिर्देशों में शामिल हैं:

पावर आउटपुट 0.5 डब्ल्यू।

बैंडविड्थ 100Hz-10KHz

सर्किट का लाभ: पहला उद्देश्य काफी शक्ति प्राप्त करना है जो स्पीकर के माध्यम से आउटपुट पर एक शोर मुक्त ऑडियो सिग्नल देने के लिए पर्याप्त है। इसे प्राप्त करने के लिए एम्पलीफायर में निम्नलिखित चरणों को नियोजित किया गया था:

1. गेन स्टेज: गेन स्टेज एक संभावित डिवाइडर बायस्ड मॉसफेट एम्पलीफायर सर्किट का उपयोग करता है। संभावित विभक्त बायस्ड सर्किट को चित्र 1 में दिखाया गया है।

यह केवल इनपुट सिग्नल को बढ़ाता है और समीकरण (1) के अनुसार लाभ उत्पन्न करता है।

लाभ = [(आर1 || आर2)/ (आरएस+ आर1 || आर2)] * (-ग्राम) * (आरडी || आरडी || आरएल) (1)

यहां, आर 1 और आर 2 इनपुट प्रतिरोध हैं, आरएस स्रोत प्रतिरोध है, आरडी पूर्वाग्रह वोल्टेज और नाली के बीच प्रतिरोध है और आरएल लोड प्रतिरोध है।

ग्राम ट्रांसकंडक्टेंस है जिसे गेट वोल्टेज में बदलाव के लिए ड्रेन करंट में बदलाव के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

यह के रूप में दिया जाता है

जीएम = डेल्टा (आईडी) / डेल्टा (वीजीएस) (2)

वांछित लाभ उत्पन्न करने के लिए तीन संभावित विभक्त पक्षपाती सर्किटों को श्रृंखला में कैस्केड किया गया था और कुल लाभ व्यक्तिगत चरणों के लाभ का उत्पाद है।

कुल लाभ = A1*A2*A3 (3)

जहाँ, A1, A2 और A3 क्रमशः पहले, दूसरे और तीसरे चरण के लाभ हैं।

इंटरकनेक्टेड कैपेसिटर की मदद से चरणों को एक दूसरे से अलग किया जाता है जो कि आरसी कपलिंग है।

2. पावर स्टेज: पुश पुल एम्पलीफायर एक एम्पलीफायर होता है जिसमें एक आउटपुट स्टेज होता है जो लोड के माध्यम से किसी भी दिशा में करंट चला सकता है।

एक विशिष्ट पुश पुल एम्पलीफायर के आउटपुट चरण में दो समान BJT या MOSFETs होते हैं, जिनमें से एक लोड के माध्यम से करंट को सोर्स करता है जबकि दूसरा लोड से करंट को डुबोता है। पुश पुल एम्पलीफायरों विरूपण और प्रदर्शन के मामले में सिंगल एंडेड एम्पलीफायरों (लोड को चलाने के लिए आउटपुट पर एकल ट्रांजिस्टर का उपयोग करके) से बेहतर हैं। एक सिंगल एंडेड एम्पलीफायर, इसे कितनी अच्छी तरह डिजाइन किया जा सकता है, निश्चित रूप से इसकी गतिशील हस्तांतरण विशेषताओं की गैर-रैखिकता के कारण कुछ विकृति का परिचय देगा।

पुश पुल एम्पलीफायरों का उपयोग आमतौर पर उन स्थितियों में किया जाता है जहां कम विरूपण, उच्च दक्षता और उच्च आउटपुट पावर की आवश्यकता होती है।

पुश पुल एम्पलीफायर का मूल संचालन इस प्रकार है:

"एम्पलीफाइड सिग्नल को पहले दो समान सिग्नलों में विभाजित किया जाता है 180 डिग्री फेज से बाहर। आम तौर पर यह विभाजन इनपुट कपलिंग ट्रांसफॉर्मर का उपयोग करके किया जाता है। इनपुट कपलिंग ट्रांसफॉर्मर को इस तरह व्यवस्थित किया जाता है कि एक सिग्नल एक ट्रांजिस्टर के इनपुट पर लागू होता है और अन्य सिग्नल दूसरे ट्रांजिस्टर के इनपुट पर लागू होता है।"

पुश पुल एम्पलीफायर के लाभ कम विरूपण, युग्मन ट्रांसफार्मर कोर में चुंबकीय संतृप्ति की अनुपस्थिति, और बिजली आपूर्ति तरंगों को रद्द करना है जिसके परिणामस्वरूप हम की अनुपस्थिति होती है जबकि नुकसान दो समान ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है और भारी और महंगी युग्मन की आवश्यकता होती है ट्रांसफार्मर ऑडियो एम्पलीफायर सर्किट के अंतिम चरण के रूप में एक पावर गेन स्टेज को कैस्केड किया गया था।

सर्किट की आवृत्ति प्रतिक्रिया:

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के समय और आवृत्ति प्रतिक्रिया को आकार देने में समाई एक प्रमुख भूमिका निभाती है। लघु-संकेत MOSFET एम्पलीफायर सर्किट में विभिन्न कैपेसिटर की भूमिका के लिए एक व्यापक और गहन प्रयोगात्मक जांच की गई है।

डिज़ाइन को संशोधित करने के बजाय, MOSFET एम्पलीफायरों में समाई से जुड़े बुनियादी मुद्दों को संबोधित करने पर विशेष जोर दिया गया है। प्रयोग के लिए मोटोरोला इंक द्वारा निर्मित तीन अलग-अलग एन्हांसमेंट एन-चैनल MOSFETs (2N7000 मॉडल, इसके बाद MOS-1, MOS-2 और MOS-3 के रूप में संदर्भित) का उपयोग किया गया है। अध्ययन एम्पलीफायरों की कई महत्वपूर्ण नई विशेषताओं को उजागर करता है। यह इंगित करता है कि छोटे-सिग्नल एमओएस एम्पलीफायरों के डिजाइन में, यह कभी नहीं लिया जाना चाहिए कि युग्मन और बाईपास कैपेसिटर शॉर्ट सर्किट के रूप में कार्य करते हैं और एसी इनपुट और आउटपुट वोल्टेज पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। वास्तव में, वे एम्पलीफायर के इनपुट और आउटपुट पोर्ट दोनों पर देखे गए वोल्टेज स्तरों में योगदान करते हैं। जब युग्मन और बाईपास संचालन के लिए विवेकपूर्ण तरीके से चुना जाता है तो वे इनपुट सिग्नल की विभिन्न आवृत्तियों पर एम्पलीफायर के वास्तविक वोल्टेज लाभ को निर्धारित करते हैं।

निचली कट-ऑफ आवृत्तियों को युग्मन और बाईपास कैपेसिटर के मूल्यों द्वारा नियंत्रित किया जाता है जबकि ऊपरी कट-ऑफ शंट कैपेसिटेंस का परिणाम होता है। यह शंट कैपेसिटेंस ट्रांजिस्टर के जंक्शनों के बीच मौजूद आवारा समाई है।

समाई सूत्र द्वारा दी गई है।

सी = (क्षेत्र * एब्सिलॉन) / दूरी (4)

कैपेसिटर का मान इस तरह चुना जाता है कि आउटपुट बैंडविड्थ 100-10KHz के बीच हो और इस आवृत्ति के ऊपर और नीचे के सिग्नल को क्षीण किया जाता है।

आंकड़े:

चित्र.1 संभावित विभक्त बायस्ड MOSFET सर्किट

चित्र.2 BJT का उपयोग कर पावर एम्पलीफायर सर्किट

चित्र.3 MOSFET की आवृत्ति प्रतिक्रिया

चरण 3: सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर कार्यान्वयन

सर्किट को PROTEUS सॉफ्टवेयर पर डिजाइन और सिम्युलेटेड किया गया था जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। पीसीबी पर समान सर्किट लागू किया गया था और समान घटकों का उपयोग किया गया था।

नुकसान से बचने के लिए सभी प्रतिरोधों को 1 वाट और कैपेसिटर को 50 वोल्ट के लिए रेट किया गया है।

उपयोग किए गए घटकों की सूची नीचे सूचीबद्ध है:

R1, R5, R9 = 1MΩ

R2, R6, R11 = 68Ω

R3, R7, R10 = 230KΩ

R4, R8, R12 = 1KΩ

R13, R14 = 10KΩ

C1, C2, C3, C4, C5 = 4.7μF

C6, C7 = 1.5μF

Q1, Q2, Q3 = 2N7000

Q4 = TIP122

Q5 = TIP127

सर्किट में केवल कैस्केड में जुड़े तीन लाभ चरण होते हैं।

लाभ चरण आरसी कपलिंग के माध्यम से जुड़े हुए हैं। आरसी कपलिंग मल्टीस्टेज एम्पलीफायरों में युग्मन का सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला तरीका है। इस मामले में प्रतिरोध आर स्रोत टर्मिनल से जुड़ा प्रतिरोधी है और कैपेसिटर सी एम्पलीफायरों के बीच जुड़ा हुआ है। इसे ब्लॉकिंग कैपेसिटर भी कहा जाता है, क्योंकि यह डीसी वोल्टेज को ब्लॉक कर देगा। इन चरणों से गुजरने के बाद इनपुट पावर स्टेज पर पहुंच जाता है। पावर स्टेज BJT ट्रांजिस्टर (एक एनपीएन और एक पीएनपी) का उपयोग करता है। लाउडस्पीकर इस चरण के आउटपुट पर जुड़ा होता है और हमें एक प्रवर्धित ऑडियो सिग्नल मिलता है। सिमुलेशन के लिए सर्किट को दिया गया सिग्नल 10mV पाप तरंग है और लाउडस्पीकर पर आउटपुट 2.72 V पाप तरंग है।

आंकड़े:

चित्र.4 प्रोटियस सर्किट

चित्र.5 चरण प्राप्त करें

चित्रा.6 पावर स्टेज

चित्र.7 लाभ चरण 1 का उत्पादन (लाभ = 7)

चित्र.8 लाभ चरण 2 का उत्पादन (लाभ = 6.92)

चित्र.9 लाभ चरण 3 का उत्पादन (लाभ = 6.35)

चित्र.10 तीन लाभ चरणों का उत्पादन (कुल लाभ = 308)

चित्र.11 लाउडस्पीकर पर आउटपुट

चरण 4: पीसीबी लेआउट

चित्रा 4 में दिखाया गया सर्किट पीसीबी पर लागू किया गया था।

पीसीबी के सॉफ्टवेयर डिजाइन के कुछ अंश ऊपर दिए गए हैं

आंकड़े:

चित्र.12 पीसीबी लेआउट

चित्र.13 पीसीबी लेआउट (पीडीएफ)

चित्र.14 3डी दृश्य (शीर्ष दृश्य)

चित्र.15 3डी दृश्य (निचला दृश्य)

चित्र 16 हार्डवेयर (नीचे का दृश्य) पहली छवि में पहले से मौजूद शीर्ष दृश्य

चरण 5: निष्कर्ष

शॉर्ट चैनल पावर MOSFETs के उच्च लाभ और उच्च इनपुट प्रतिबाधा का उपयोग करते हुए, 0.5 वाट आउटपुट तक एम्पलीफायरों के लिए पर्याप्त ड्राइव प्रदान करने के लिए एक साधारण सर्किट तैयार किया गया है।

यह प्रदर्शन प्रदान करता है जो उच्च गुणवत्ता वाले ऑडियो प्रजनन के मानदंडों को पूरा करता है। महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में पब्लिक एड्रेस सिस्टम, थियेट्रिकल और कॉन्सर्ट साउंड रीइन्फोर्समेंट सिस्टम और घरेलू सिस्टम जैसे स्टीरियो या होम-थिएटर सिस्टम शामिल हैं।

गिटार एम्पलीफायरों और इलेक्ट्रिक कीबोर्ड एम्पलीफायरों सहित उपकरण एम्पलीफायर भी ऑडियो एम्पलीफायरों का उपयोग करते हैं।

चरण 6: विशेष धन्यवाद

मैं विशेष रूप से उन मित्रों को धन्यवाद देता हूं जिन्होंने इस परियोजना के परिणामों को प्राप्त करने में मेरी मदद की।

मुझे आशा है कि आपको यह निर्देश योग्य लगा होगा। किसी भी मदद के लिए, मुझे अच्छा लगेगा अगर आप टिप्पणी करते हैं।

खुश रहो। फिर मिलते हैं:)

ताहिर उल हक, ईई विभाग, यूईटी

लाहौर, पाकिस्तान